Jak sprawdzają się pompy ciepła do ogrzewania domu?

Majster Guru:  - Pompy ciepła to wynalazek nienowy, ale z powodu barier techniczno-ekonomicznych na szerszą skalę wykorzystywany w Polsce dopiero od kilkunastu lat, więc wokół tych urządzeń wciąż krąży mnóstwo mitów. W domowej instalacji grzewczej pompa pełni taką samą rolę jak kocioł węglowy, gazowy czy elektryczny - zasila w ciepło instalację centralnego ogrzewania. Wykorzystuje zaś do tego ciepło zmagazynowane w ziemi, wodzie lub powietrzu oraz energię elektryczną.

Nazwa "pompa ciepła" ilustruje przy tym w poglądowy sposób zasadę działania urządzenia: służy ono do "przetłaczania" darmowej energii cieplnej dostępnej w otoczeniu do wnętrza budynku. Pompy ciepła zdobywają popularność z wielu powodów. Przede wszystkim koszty ogrzewania budynku są prawie o połowę mniejsze niż przy użyciu gazu ziemnego, nie mówiąc już o oleju opałowym czy gazie płynnym.

Pompy są przy tym bezobsługowe dla użytkownika, nie wymagają budowy komina, wykonywania przyłącza gazowego ani składowania opału w jakiejkolwiek postaci, nie ma też mowy o zagrożeniach związanych z wyciekiem gazu czy otwartym ogniem. Nie bez znaczenia jest również aspekt ekologiczny - znakomita większość energii dostarczanej przez pompę do domowej instalacji grzewczej to energia odnawialna, pozyskana z otaczającego budynek środowiska, do którego zresztą szybko wraca.

- Nie ma w tym niczego tajemniczego, naukowe podstawy techniki chłodniczej opracowano jeszcze w XIX wieku, a od dziesięcioleci wszyscy korzystają z lodówek, które też przecież "przepompowują" ciepło ze swego wnętrza, gdzie jest zimniej, do cieplejszego otoczenia. Niech pan popatrzy na rysunek przedstawiający działanie agregatu chłodniczego. Wyziębiony czynnik chłodniczy wpływa do pierwszego wymiennika ciepła, zwanego parownikiem, gdzie ogrzewa się i paruje, pobierając tym samym energię cieplną.

Para trafia do sprężarki napędzanej energią elektryczną. Gwałtownemu przyrostowi ciśnienia towarzyszy wzrost temperatury czynnika chłodniczego nawet do 90°C, potem w postaci tzw. przegrzanej pary wpływa on do drugiego wymiennika ciepła zwanego skraplaczem.

Tam dochodzi do kondensacji pary, w wyniku której wydziela się ciepło. Ochłodzony już czynnik w postaci ciekłej trafia do zaworu rozprężnego, w którym dochodzi do gwałtownego spadku temperatury i ciśnienia czynnika. Następnie trafia on do parownika i cykl się zamyka.

System grzewczy z pompą ciepła składa się z trzech obiegów, z których środkowy to agregat chłodniczy, tylko o znacznie większej mocy niż te w lodówkach. Zadaniem pierwszego obiegu jest dostarczanie do parownika ciepła rozproszonego w ziemi, wodzie lub powietrzu - w obiegu tym krąży zazwyczaj woda lub wodny roztwór soli albo glikolu. Pompa ciepła przekazuje ciepło do skraplacza, skąd odbiera je woda krążąca w trzecim obiegu, zaopatrującym dom w ciepło.

- Tak, i to nawet bardzo. W przypadku zupełnie przeciętnej pompy ciepła na każdy 1 kW energii potrzebnej do napędzania sprężarki przypadają aż 2-3 kW pobrane z otoczenia, i to wcale nie jest magia, ale fakt wynikający z praw termodynamiki. W rezultacie przy poborze mocy z sieci elektroenergetycznej wynoszącym 1 kW uzyskujemy aż 3-4 kW użytecznej mocy cieplnej.

- Tak, ale zwykle nie jest to rozwiązanie najkorzystniejsze, i to nawet pomijając fakt, że uzależnianie się od jednego urządzenia grzewczego, które przecież zawsze może się popsuć, jest w naszym klimacie ryzykowne. Ważniejsze jest co innego. Otóż zdecydowana większość producentów pomp ciepła zaleca, by przy doborze urządzenia dla domu jednorodzinnego przyjąć moc pompy na poziomie ok. 80 proc. maksymalnego zapotrzebowania na ciepło, czyli mocy wymaganej podczas największych mrozów. Dlaczego?

Przyjmowanie wyższego współczynnika jest niecelowe, bowiem instalacja o większej mocy jest droższa, co wydłuża okres zwrotu inwestycji, wyższe są też jej koszty eksploatacyjne (bo większa jest sprężarka) przez zdecydowaną większość sezonu grzewczego, kiedy to praca na pełnej mocy nie jest do niczego potrzebna.

Polecanym rozwiązaniem jest tzw. instalacja biwalentna - podczas największych mrozów pompa współdziała z innym źródłem ciepła - kotłem gazowym, olejowym lub węglowym, czy choćby kominkiem. (fot. Nibe-Biawar)

Bardziej już opłaca się, by przez 15-20 dni największych mrozów dom ogrzewała wbudowana w mniejszą pompę pompę grzałka elektryczna. Jednak jeszcze korzystniejszym rozwiązaniem - niezbędnym właściwie w przypadku powietrznych pomp ciepła - jest tzw. instalacja biwalentna, czyli układ, o którym już mówiliśmy - podczas największych mrozów pompa współdziała z innym źródłem ciepła - kotłem gazowym, olejowym lub węglowym, czy choćby po prostu kominkiem.

Odpowiednie ustawienia sterownika takiej instalacji albo świadome działania użytkownika (np. napalenie w kominku) powodują, że dom jest ogrzewany przy użyciu tego źródła energii, które jest w danym momencie najtańsze.

Wiele zależy przy tym od tego, na jaką konfigurację urządzeń grzewczych pan się zdecyduje - na przykład gdy do zasilania pompy ciepła wykorzysta się tanią energię elektryczną ze słońca, to taki układ będzie pod względem kosztów eksploatacji właściwie nie do pobicia.

– Nie. Ogniwa fotowoltaiczne to popularne baterie słoneczne – za ich pomocą ze słońca uzyskujemy darmową energię elektryczną. Natomiast kolektory słoneczne służą do pozyskiwania ciepła, które najczęściej wykorzystuje się do podgrzewania wody użytkowej – to rozwiązanie dobrze już sprawdzone i nawet dość popularne.